多任务-协程

谁践踏了优雅 2021-09-20 14:14 419阅读 0赞

1.什么是协程？

协程，又称微线程，纤程。英文名Coroutine。协程是python个中另外一种实现多任务的方式，只不过比线程更小占用更小执行单元（理解为需要的资源）。 为啥说它是一个执行单元，因为它自带CPU上下文。这样只要在合适的时机， 我们可以把一个协程 切换到另一个协程。 只要这个过程中保存或恢复 CPU上下文那么程序还是可以运行的。（可以在任意时候，切换协程任务，不需要通过函数来进行调度，切换的次数已经时间都根据开发者的想法实现）

2.协程和线程的区别？

（1）相似点：都可以实现多任务，并发执行

（2）不同点：在实现多任务时, 线程切换从系统层面远不止保存和恢复 CPU上下文这么简单。 操作系统为了程序运行的高效性每个线程都有自己缓存Cache等等数据，操作系统还会帮你做这些数据的恢复操作。 所以线程的切换非常耗性能。但是协程的切换只是单纯的操作CPU的上下文，所以一秒钟切换个上百万次系统都抗的住。

3.greenlet

为了更好使用协程来完成多任务，python中的greenlet模块对其封装，从而使得切换任务变的更加简单

#coding=utf-8
    
    from greenlet import greenlet
    import time
    
    def test1():
        while True:
            print "---A--"
            gr2.switch()
            time.sleep(0.5)
    
    def test2():
        while True:
            print "---B--"
            gr1.switch()
            time.sleep(0.5)
    
    gr1 = greenlet(test1)
    gr2 = greenlet(test2)
    
    #切换到gr1中运行
    gr1.switch()

4.gevent

（1）概念

greenlet已经实现了协程，但是这个还的人工切换，是不是觉得太麻烦了，不要捉急，python还有一个比greenlet更强大的并且能够自动切换任务的模块`gevent`

其原理是当一个greenlet遇到IO(指的是input output 输入输出，比如网络、文件操作等)操作时，比如访问网络，就自动切换到其他的greenlet，等到IO操作完成，再在适当的时候切换回来继续执行。

由于IO操作非常耗时，经常使程序处于等待状态，有了gevent为我们自动切换协程，就保证总有greenlet在运行，而不是等待IO

（2）gevent的执行方式

import gevent
    
    def f(n):
        for i in range(n):
            print(gevent.getcurrent(), i)
    
    g1 = gevent.spawn(f, 5)
    g2 = gevent.spawn(f, 5)
    g3 = gevent.spawn(f, 5)
    g1.join()
    g2.join()
    g3.join()

执行结果：

<Greenlet at 0x10e49f550: f(5)> 0
    <Greenlet at 0x10e49f550: f(5)> 1
    <Greenlet at 0x10e49f550: f(5)> 2
    <Greenlet at 0x10e49f550: f(5)> 3
    <Greenlet at 0x10e49f550: f(5)> 4
    <Greenlet at 0x10e49f910: f(5)> 0
    <Greenlet at 0x10e49f910: f(5)> 1
    <Greenlet at 0x10e49f910: f(5)> 2
    <Greenlet at 0x10e49f910: f(5)> 3
    <Greenlet at 0x10e49f910: f(5)> 4
    <Greenlet at 0x10e49f4b0: f(5)> 0
    <Greenlet at 0x10e49f4b0: f(5)> 1
    <Greenlet at 0x10e49f4b0: f(5)> 2
    <Greenlet at 0x10e49f4b0: f(5)> 3
    <Greenlet at 0x10e49f4b0: f(5)> 4

（2）gevent的切换执行，当有耗时操作的时候

def f(n):
        for i in range(n):
            print(gevent.getcurrent(), i)
            #用来模拟一个耗时操作，注意不是time模块中的sleep
            gevent.sleep(1)
    
    g1 = gevent.spawn(f, 5)
    g2 = gevent.spawn(f, 5)
    g3 = gevent.spawn(f, 5)
    g1.join()
    g2.join()
    g3.join()

执行结果：

<Greenlet at 0x7fa70ffa1c30: f(5)> 0
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1870: f(5)> 0
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1eb0: f(5)> 0
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1c30: f(5)> 1
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1870: f(5)> 1
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1eb0: f(5)> 1
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1c30: f(5)> 2
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1870: f(5)> 2
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1eb0: f(5)> 2
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1c30: f(5)> 3
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1870: f(5)> 3
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1eb0: f(5)> 3
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1c30: f(5)> 4
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1870: f(5)> 4
    <Greenlet at 0x7fa70ffa1eb0: f(5)> 4

（3）给程序打补丁

还未打补丁:

from gevent import monkey
    import gevent
    import random
    import time
    
    def coroutine_work(coroutine_name):
        for i in range(10):
            print(coroutine_name, i)
            time.sleep(random.random())
    
    gevent.joinall([
            gevent.spawn(coroutine_work, "work1"),
            gevent.spawn(coroutine_work, "work2")
    ])

执行结果：

work1 0
    work1 1
    work1 2
    work1 3
    work1 4
    work1 5
    work1 6
    work1 7
    work1 8
    work1 9
    work2 0
    work2 1
    work2 2
    work2 3
    work2 4
    work2 5
    work2 6
    work2 7
    work2 8
    work2 9

打补丁:

from gevent import monkey
    import gevent
    import random
    import time
    
    # 有耗时操作时需要
    monkey.patch_all()  # 将程序中用到的耗时操作的代码，换为gevent中自己实现的模块
    
    def coroutine_work(coroutine_name):
        for i in range(10):
            print(coroutine_name, i)
            time.sleep(random.random())
    
    gevent.joinall([
            gevent.spawn(coroutine_work, "work1"),
            gevent.spawn(coroutine_work, "work2")
    ])

执行结果：

work1 0
    work2 0
    work1 1
    work1 2
    work1 3
    work2 1
    work1 4
    work2 2
    work1 5
    work2 3
    work1 6
    work1 7
    work1 8
    work2 4
    work2 5
    work1 9
    work2 6
    work2 7
    work2 8
    work2 9

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